CN102722754A - 焦化行业基于专家系统的煤气动态平衡调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

焦化行业基于专家系统的煤气动态平衡调度方法及系统属于煤气调度领域，用于解决由于煤气供、需波动导致的煤气供需不平衡问题，包含预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块等部分。本发明采用工艺机理建模、回归分析建模建立煤气相关单元预测模型，预测煤气系统未来时刻的煤气发生量、消耗量和存储量，并以此为基础判断煤气供需平衡情况；当预测出现煤气供需不平衡情况时，由专家系统平衡调度模块给出调度方案，辅助调度人员及时、准确地做出调度决策。本发明有助于提高焦化企业煤气系统的调度和管理水平，提高煤气调度的预判性和准确性，实现节能减排目标。

Description

焦化行业基于专家系统的煤气动态平衡调度方法及系统

技术领域

本发明属于煤气动态平衡调度领域，特别是焦化行业基于煤气生产、消耗、缓冲单元预测数据的专家系统动态平衡调度方法及系统。

背景技术

焦炉煤气是焦化行业炼焦过程中的副产物，在不同的地区、不同的城市、不同的企业，焦炉煤气的利用途径各不相同。独立型焦化行业的焦炉煤气既可以做燃料，又可做化工原料。焦炉煤气做燃料，用户(称为煤气消耗单元)包括城市民用用户、工业煤气用户(如焦炉)、煤气发电用户(如锅炉)；做工业原料，用户(煤气消耗单元)包括生产合成氨、尿素、甲醇、二甲醚等。而一个企业内的焦炉煤气生产能力是相对固定的，当煤气用户需求量变化时，就可能出现煤气供应量与需求量之间的不平衡，表现为煤气剩余或不足。通常使用气柜(称为煤气缓冲单元)存储过剩煤气，来缓和供应和使用之间的矛盾，以实现减少环境污染、调节煤气管网压力等目的。

由于煤气供、需波动引起的煤气供需不平衡，一般由调度人员根据不平衡的煤气量和煤气可调整用户的消耗情况，基于多年的调度经验，以稳定煤气管网压力、确保生产稳定运行为目标给出气柜或其他可调整用户(称为可调度单元)的调度方案，然后由岗位操作人员执行该调度方案并反馈调配后情况，一直到煤气供需实现平衡。这种人工调度形式存在四方面的弊端：一是，难以保证调度的及时性，因为调度人员对煤气系统未来平衡状态的分析工作是间隔性的，且间隔时间一般较长，难以做到实时、连续地分析，导致不能及早发现短期内的煤气不平衡现象，致使调度执行动作滞后，易引起煤气管网压力波动，给生产带来隐患，此外，煤气可调度单元的调节需要一个时间过程，难以短时间内让煤气回复平衡状态，因此增加了煤气放散的机率，不可避免地造成了大量煤气的浪费和对环境的污染；二是，难以保证调度方案的准确性，因为调度人员对煤气系统未来生产量、消耗量、存储量的分析结果，是根据当前生产情况，基于经验分析和粗略计算得到的，难以保证分析结果的精确性，导致以此为基础给出的调度方案也不精确；三是，难以保证每一次调度的优良性，因为调度人员能力各异、平衡方法不同，平衡效果也会因人而异，如果调度人员经验非常丰富，对各种不平衡状况，都能快速、准确地给出调度方案，使煤气系统较快回复正常运行，而如果调度人员为新上岗人员或经验欠佳，煤气系统恢复到正常可能会需要较长的时间并会增加煤气放散的机率，造成能源浪费和增加安全隐患；四是，难以应对调度的日趋复杂化，因为随着企业生产规模的不断扩大，煤气系统设备日益增多，将会增加煤气调度的复杂性，因此对调度人员能力的要求会更高，以上人工经验调度存在的弊端也就会更加明显。

目前焦化行业的动态平衡调度多是基于人工经验实现的，无法避免上述问题的存在，因此有必要研究一种更准确、更高效的动态平衡调度方法和/或系统辅助调度人员针对各种煤气供需不平衡情况进行及时、准确、可靠的调度。

发明内容

本发明提供了一种焦化行业基于专家系统的煤气动态平衡调度方法及系统，能够有效辅助调度人员针对各种煤气供需不平衡情况进行及时、准确、可靠的调度，解决因煤气供、需波动导致的煤气不平衡问题。

一种基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，包括顺序相连的输入数据接口模块、预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块、输出数据接口模块、人机界面，还包括数据库，与所述输入数据接口模块、输出数据接口模块相连；各模块功能如下：

数据库存储煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据，供输入数据接口模块读取；所述数据库还存储来自输出数据接口模块的数据；所述煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元统称煤气单元；

输入数据接口模块获取数据库中存储的所述实际生产数据和系统运行的辅助数据，并将其输出到预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块；

预测模型模块包括煤气发生单元、煤气消耗单元和煤气缓冲单元各自的预测子模块，各煤气单元的预测子模块分别包含相应煤气单元的预测模型，各预测子模块基于从输入数据接口模块获取的相应煤气单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据分别计算未来设定时刻的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量，统称预测数据；并将所述预测数据发送到煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；

煤气供需平衡判断模块包括互相连接的煤气不平衡量计算子模块和煤气供需状态判断子模块，煤气不平衡量计算子模块基于所述各煤气单元预测子模块的预测数据分别计算相应煤气单元当前时刻到未来设定时刻这一段时间内的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量及其分别的累加值，并基于所述累加值和煤气缓冲单元的实际生产数据计算所述设定时刻的煤气不平衡量，煤气供需状态判断子模块以所述累加值计算结果判断所述设定时刻的煤气供需状态，若处于煤气供需不平衡状态，则判断该状态属于何种煤气供需不平衡状态；煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；

专家系统平衡调度模块预设多个结合企业调度经验和领域经验的、对应于不同煤气供需不平衡状态的针对可调度单元的调度规则；根据煤气供需平衡判断模块发出的煤气供需状态的判断结果，自动判断、选择适合设定时刻的煤气供需不平衡状态的调度规则，并根据来自输入数据接口模块的各煤气单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据、来自预测模型模块的各煤气单元在设定时刻的预测数据，形成调度方案，并通过输出数据接口模块将其发送至数据库和/或人机界面；所述调度方案是根据相应的调度规则、各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据和设定时刻的预测数据得到的定量的解决方案；所述可调度单元是指允许进行调整的煤气缓冲单元和/或煤气消耗单元；

输出数据接口模块将各煤气单元的预测数据、煤气供需平衡判断模块的判断结果、专家系统平衡调度模块的调度方案发送至数据库和/或人机界面；

人机界面用以显示数据库中存储的数据和信息。

所述煤气供需平衡判断模块可以预设不同的煤气供需不平衡状态的范围及其相应的计算关系，所述计算关系是关于煤气发生量、煤气存储量和煤气消耗量的不等式和/或等式的运算关系；所述计算关系落入所述煤气供需不平衡状态范围时，则判断设定时刻将出现相应的煤气供需不平衡状态。

所述调度方案可以包括对应于不同煤气供需不平衡状态的可调度单元操作建议和可调度单元约束信息；所述可调度单元操作建议包括可调度单元的调度顺序、各可调度单元的调整量和/或各可调度单元的调节速率；所述可调度单元约束信息包括缓冲单元最大存储量及最小存储量、可调度单元调度优先级、可调度单元的最大调节速率和最小调节速率、可调度的消耗单元的最大消耗煤气量及最小消耗煤气量。

上述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，还可以包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块接收来自预测模型模块的各煤气单元预测子模块的预测数据，在线监控并实时计算所述设定时刻的生产反馈的实际生产数据与相应预测数据的偏差，将所述偏差与预设的阈值进行对比；若所述偏差绝对值大于阈值，则根据实际生产数据重新计算并更新预测模型模块中相应的模型参数。

上述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，还可以包括调度方案管理模块，所述调度方案管理模块的输入端和输出端分别与人机界面和输出数据接口模块相连，所述调度方案管理模块提供对所述调度方案的管理操作，并将操作结果通过输出数据接口模块存储在数据库中和/或显示在人机界面上；所述管理操作包括对调度方案修改，修改后的调度方案的保存和/或发布，历史调度方案查询的操作。

所述实际生产数据可以由基础控制系统采用最大值最小值限幅、加权取平均的滤波方法处理误差数据。

一种基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，包括以下步骤：

1)在计算机中预设煤气发生单元、煤气缓冲单元、煤气消耗单元的预测模型和设定时刻计算机制；设定煤气供需状态的判断机制；所述设定时刻计算机制用以计算未来的设定时刻；所述判断机制用以计算煤气不平衡量，并将该煤气不平衡量对应于不同的煤气供需状态，形成判断结果；在专家系统平衡调度模块中设定多个结合企业调度经验和领域经验的、对应于不同煤气供需不平衡状态的针对可调度单元的调度规则以及调度方案形成机制；所述可调度单元是指允许进行调整的煤气缓冲单元和/或煤气消耗单元；所述调度方案形成机制是基于各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据、设定时刻的预测数据、以及上述煤气供需状态的判断结果，通过调度规则自动形成定量的调度方案的机制；所述煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元统称煤气单元；

2)数据库存储煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据，并由输入数据接口模块将其发送至相应的煤气单元预测模型，以计算未来设定时刻上述各煤气单元的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量，统称预测数据；

3)所述煤气供需状态的判断机制利用所述预测数据计算所述设定时刻的煤气不平衡量，以此判断所述设定时刻的煤气供需状态，若处于煤气供需不平衡状态，则判断该状态属于何种煤气供需不平衡状态；煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；

4)专家系统平衡调度模块基于所述煤气供需状态的判断结果，自动判断、选择适合设定时刻的煤气供需不平衡状态的调度规则，并根据各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据、设定时刻的预测数据，自动形成调度方案；

5)各煤气单元设定时刻的预测数据、煤气供需平衡判断模块的判断结果及专家系统平衡调度模块产生的调度方案发送至数据库和/或人机界面。

所述煤气供需状态的判断机制可以是指设定的不同煤气供需不平衡状态的范围及其相应的计算关系；所述计算关系是关于煤气发生量、煤气存储量和煤气消耗量的不等式和/或等式的运算关系；在所述步骤3)中，若所述计算关系落入所述煤气供需不平衡状态范围时，则判断设定时刻将出现相应的煤气供需不平衡状态；所述调度方案包括对应于不同煤气供需不平衡状态的可调度单元操作建议和可调度单元约束信息；所述可调度单元操作建议包括可调度单元的调度顺序、各可调度单元的调整量和/或各可调度单元的调节速率；所述可调度单元约束信息包括缓冲单元最大存储量及最小存储量、可调度单元调度优先级、可调度单元的最大调节速率和最小调节速率、可调度的消耗单元最大消耗煤气量及最小消耗煤气量。

所述步骤1)中，还可以包括设定预测模型自校正机制和阈值，所述预测模型自校正机制是指在线监控并实时计算所述设定时刻的实际生产数据与相应预测数据的偏差，并将所述偏差与所述阈值进行对比的机制；

在所述步骤2)和步骤3)之间还可以包括步骤2a)，预测模型自校正机制根据各煤气单元的预测数据，在线监控并实时计算设定时刻的实际生产数据与相应预测数据的偏差，将所述偏差与所述阈值进行对比；若所述偏差绝对值大于所述阈值，则根据实际生产数据重新计算并更新预测模型中相应的模型参数。

上述的基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，还可以包括步骤6)，对所述调度方案进行管理操作，并将操作结果存储在数据库中和/或显示在人机界面上；所述管理操作包括对调度方案修改，修改后的调度方案的保存和/或发布，历史调度方案查询的操作。

本发明的技术效果：

本发明提供了一种焦化行业基于专家系统的煤气动态平衡调度系统及方法，通过各煤气单元各自的预测模型，预测未来某设定时刻的各种煤气量，据此判断煤气供需平衡情况，及时、准确地为调度人员提供未来的煤气系统状态；当预测出现煤气供需不平衡情况时，由专家系统平衡调度模块基于企业调度经验和领域经验的调度规则给出调度方案，辅助调度人员快速、准确地做出调度决策。本发明为调度人员提供一个实时、准确地信息化平台，辅助调度人员提高煤气调度的预判性和准确性，解决人工经验调度过程中存在的问题，以达到快速稳定煤气管网压力、减少煤气放散、高效利用煤气的目的，实现节能减排。

本发明进一步方案将可调度单元操作建议和可调度单元约束信息引入专家系统平衡调度模块的调度方案，将可调度单元的建议操作量与其相应的约束条件形成对比，使得调度方案的合理性更加直观的呈现给调度人员。

本发明进一步方案提供了一种预测模型自校正模块和/或机制，在预测模型的预测数据与实际生产数据产生较大偏差时，对预测模型进行校正，使得预测模型更加准确。通常，基于专家系统的动态平衡调度系统和/或方法当预测数据偏差超出允许范围时，进行两次或有限次数的预测模型自校正，就可以将预测数据控制在允许的偏差范围之内。

本发明进一步的方案提供了调度方案管理模块和/或对调度方案的管理操作，在专家系统平衡调度模块产生调度方案的基础上，调度人员可以通过经验选择对调度方案进行管理操作，并记录在数据库中，使得调度方案可修改，避免专家系统平衡调度模块产生较大错误或调度方案明显不合理时发生错误调度；将修改后的调度方案存入数据库可以方便查询，并积累更多的行业、领域内的经验，以便以后对专家系统平衡调度模块进行改进。

本发明进一步的方案，由基础控制系统采用最大值最小值限幅、加权取平均的滤波方法处理所述实际生产数据的误差数据，保证了所获取的生产数据的正确性和可靠性，避免了因测量仪表等因素造成的误差。

附图说明

图1a是实施例1的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统结构图。

图1b是实施例2的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统结构图。

图2a是实施例1的基于专家系统的煤气动态平衡调度流程图。

图2b是实施例2的基于专家系统的煤气动态平衡调度流程图。

图3a是专家系统调度优先级示意图。

图3b是专家系统调度过程图。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行详细说明。

实施例1

本发明的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统及方法采用工艺机理建模、回归分析建模建立煤气相关单元预测模型，预测煤气系统未来时刻的煤气发生量、消耗量和存储量，并以此为基础判断煤气供需平衡情况，实时、准确地为调度人员提供未来的煤气系统状态。需要说明的是，对于未来设定时刻的确定，可以通过时间粒度的方法，所述时间粒度是指预测的时间长度，根据模型启动时刻和时间粒度便可确定需要预测的未来时刻；当然也可以用其它方法确定未来的设定时刻，比如人工预设未来的某时间点。

图1a是实施例1的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统的结构图。由图1a可以看出系统各模块之间的连接关系。本发明的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统包括依次相连的输入数据接口模块、预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块、输出数据接口模块、人机界面；还包括与所述输入数据接口模块、输出数据接口模块相连的数据库。各模块功能如下：

数据库存储煤气发生单元(比如焦炉等)、煤气消耗单元(比如焦炉、管式炉、锅炉、城市用户等)、煤气缓冲单元(比如气柜)的实际生产数据、系统运行的辅助数据、来自输出数据接口模块的数据；所述煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元统称煤气单元。所述实际生产数据包括：煤气系统工艺管网上的压力、流量、温度，各煤气发生单元(如焦炉等)的煤气发生量；各煤气消耗单元(如焦炉、管式炉、锅炉、城市用户等)的煤气消耗量；各煤气缓冲单元(如气柜)的煤气存储量以及其它实际生产数据，如气柜高度、入口阀门开度等。所述实际生产数据可以由PLC和/或DCS等基础控制系统采用最大值最小值限幅、加权取平均的滤波方法处理误差数据后再存入数据库，这样就保证了所获取的生产数据的正确性和可靠性，避免了因测量仪表等因素造成的误差。也可以没有上述处理误差数据步骤，但这样会使得设备的精确值大大下降。

所述系统运行的辅助数据包括用于预测的时间粒度，预测模型的模型参数，生产计划，化验分析数据(如煤水分、挥发份)，各煤气单元约束信息，如缓冲单元存储量约束(气柜最大存储量和最小存储量)、可调度单元消耗量约束、调节速率约束等。

输入数据接口模块获取数据库中存储的上述实际生产数据和系统运行的辅助数据，并将其输出到预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块。

预测模型模块包括煤气发生单元、煤气消耗单元和煤气缓冲单元各自的预测子模型，各煤气单元的预测子模块分别包含相应煤气单元的预测模型，各预测子模块基于从输入数据接口模块获取的相应煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据分别计算未来设定时刻的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量，统称预测数据。这些预测模型是经过理论计算及实践检验，比较符合实际生产现状的模型。例如，某煤气消耗单元的预测模型结构是y＝ax²+bz，其中y是预测的t小时后的煤气消耗量，x、z是影响y的变量。由数据接口模块获得的实际生产数据代入模型结构，以确定系数a、b的数值，假如确定结果为a＝2，b＝3，则y＝2x²+3z，就是该煤气消耗单元的初始的预测模型。同样，煤气发生单元、煤气缓冲单元的初始预测模型也是通过类似方式获得。当然，本领域技术人员可以很容易理解，任何适合实际生产的机理模型、统计回归模型可以作为所述的预测模型，因此均在本发明的保护范围之内。所述预测数据发送到煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块。

煤气供需平衡判断模块，如图1a所示，包括互相连接的煤气不平衡量计算子模块和煤气供需状态判断子模块，煤气不平衡量计算子模块基于所述各煤气单元预测子模块的预测数据分别计算相应煤气单元当前时刻到未来设定时刻这一段时间内的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量及其分别的累加值，并基于所述累加值和煤气缓冲单元的实际生产数据计算所述设定时刻的煤气不平衡量，比如，可以由预测数据分别得到煤气发生单元预测子模块、煤气消耗单元预测子模块、煤气缓冲单元预测子模块中相应的各个煤气单元当前时刻t0到未来设定时刻t时间段内相应的煤气量，进而将各个子模块内的各煤气预测数据累加得到未来设定时刻t对应的t0～t时间段内的煤气总发生量、总消耗量，设未来设定时刻t对应的t0～t时间段内的煤气总发生量为X、未来设定时刻t对应的t0～t时间段内的煤气总消耗量为Y、t0时刻对应的气柜剩余存储空间为Z、t0时刻对应的气柜存储量为K，用X-Y-Z或X-Y+K代表煤气不平衡量，以此煤气不平衡量与相应的阈值对比，比如所述阈值可以是某个根据预测模型预测精度要求和经验要求得到的临界参数值(对应不同的煤气供需不平衡状态设为C1、C2)，以判断所述设定时刻是否处于煤气供需不平衡状态及属于何种煤气供需不平衡状态，并将煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；所述煤气供需平衡判断模块可以预设煤气供需状态的判断机制；所述煤气供需状态的判断机制可以指多个不同的煤气供需不平衡状态的范围及其相应的计算关系；所述计算关系可以是关于煤气发生量、煤气存储量和煤气消耗量的不等式和/或等式的加减运算等运算关系，如上例所示或类似形式；所述计算关系落入所述煤气供需不平衡状态范围时，则判断设定时刻将出现相应的煤气供需不平衡状态。比如，一种简单的情况可以用上述煤气不平衡量与上述临界值参数的比较结果代表煤气供需不平衡状态的计算关系，即X-Y-Z＞C1或X-Y+K＜C2。前者对应于煤气剩余的情况，后者对应于煤气不足的情况。当然实际情况远比上述示例复杂的多。将与上述相同或类似的煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块。煤气供需平衡判断模块能够及时、准确地为调度人员提供未来的煤气系统状态。

专家系统平衡调度模块预设多个结合企业调度经验和领域经验的、对应于不同煤气供需不平衡状态的针对可调度单元的调度规则；根据煤气供需平衡判断模块发出的煤气供需状态的判断结果，自动判断、选择适合设定时刻的煤气供需不平衡状态的调度规则，并根据来自输入数据接口模块的各煤气单元的如上所述的实际生产数据和系统运行的辅助数据、来自预测模型模块的各煤气单元在设定时刻的预测数据，形成调度方案，并通过输出数据接口模块将其发送至数据库和/或人机界面，辅助调度人员事前作出决策，从而达到维持煤气管网压力相对稳定，减少煤气放散，提高煤气利用率的目的。所述调度方案是根据相应的调度规则、各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据和设定时刻的预测数据得到的定量的解决方案；所述可调度单元是指允许进行调整的煤气缓冲单元和/或煤气消耗单元。煤气缓冲单元作为可调度单元是显而易见的，而煤气消耗单元分为不可调度单元比如管式炉，和可调度单元比如锅炉。这部分可调度的煤气消耗单元具有不同的调度优先级，当出现煤气不平衡，且煤气缓冲单元的缓冲能力不足时，可以按照优先级由高到低的顺序分别采取调节措施，以保证煤气的有效利用和生产的稳定进行。

举个简单例子以说明通过调度规则生成调度方案的过程：假设煤气发生单元为焦炉，其预测的总煤气发生量为10000立方米；煤气消耗单元为锅炉和/或管式炉，其预测的总煤气消耗量为5000立方米；煤气缓冲单元为气柜，其剩余存储空间为2000立方米。若调度规则描述如下：如果总煤气发生量除供给各消耗单元消耗外，还剩余A立方米，且A＞气柜的剩余存储空间B，则提醒煤气放散(A-B)立方米。则根据上述预测数据(包括煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量)以及上述调度规则可以得到以下调度方案：需要放散煤气量为10000-5000-2000＝3000立方米。当然实际生产中不可能是这么简单的情况，本例仅用以说明调度规则与调度方案之间的关系，不应理解为对本发明的限制。

所述调度方案可以包括根据煤气消耗单元和煤气缓冲单元的具体情况确定的、对应于不同煤气供需不平衡状态的可调度单元操作建议及可调度单元约束信息；所述可调度单元操作建议可以包括可调度单元的调度顺序、各可调度单元的调整量和/或各可调度单元的调节速率(比如锅炉消耗煤气的增加量或减少量等)，还可以包括可调度单元的组成结构等；所述可调度单元约束信息包括缓冲单元最大存储量及最小存储量、可调度单元调度优先级(如上例所述)、可调度单元的最大调节速率和最小调节速率、可调度的消耗单元最大消耗煤气量及最小消耗煤气量。对于煤气剩余和不足两种不平衡情况，可调度单元的调度优先级可能会不同，因此可以根据实际情况分别设定可调度单元的调度优先级。另外，调度优先级可以针对一台设备或一类设备而设定。举例而言，若有多台气柜，则调度优先级的描述可以是针对一台气柜，也可以是针对气柜这一类设备，如图3a所示。

由基于企业调度经验和领域经验的专家系统平衡调度模块给出调度方案，辅助调度人员快速、准确地做出调度决策，为调度人员提供一个实时、准确地信息化平台，辅助调度人员提高煤气调度的预判性和准确性，解决人工经验调度过程中存在的问题，以达到快速稳定煤气管网压力、减少煤气放散、高效利用煤气的目的，实现节能减排。

输出数据接口模块将各煤气单元的预测数据、煤气供需平衡判断模块的判断结果、专家系统平衡调度模块的调度方案发送至数据库和/或人机界面；

人机界面用以显示数据库中存储的数据和信息。显示形式可以是曲线和/或表格等的形式直观地显示给调度人员查看，也可以是文字等其它方式。

图2a是实施例1的基于专家系统的煤气动态平衡调度方法的流程图。

一种基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，如图2a所示，包括以下步骤：

1)在计算机中预设煤气发生单元、煤气缓冲单元、煤气消耗单元的预测模型和设定时刻计算机制，例如时间粒度方法，所述时间粒度是指预测的时间长度，所述时间粒度方法是根据模型启动时刻和时间粒度确定需要预测的未来时刻的方法，当然也可以是其它确定未来时刻的方法，比如人工预设未来的某时间点；设定煤气供需状态的判断机制；所述判断机制用以计算煤气不平衡量，并将该煤气不平衡量对应于不同的煤气供需状态，形成判断结果；所述煤气供需状态的判断机制可以指设定的不同的煤气供需不平衡状态的范围及其相应的上述计算关系，所述计算关系可以是关于煤气发生量、煤气存储量和煤气消耗量的不等式和/或等式的运算关系；当然也可以是其它形式的判断机制，比如以存储离散数据或分段函数的数据集与调度规则对应的映射关系形成的判断机制。在专家系统平衡调度模块中设定多个结合企业调度经验和领域经验的、对应于不同煤气供需不平衡状态的针对可调度单元的调度规则及调度方案形成机制；所述可调度单元是指允许进行调整的煤气缓冲单元和/或煤气消耗单元，如上所述；所述调度方案形成机制是基于各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据、设定时刻的预测数据，以及上述煤气供需不平衡状态的判断结果，通过调度规则自动形成所述的定量调度方案的机制，可以是如上的由调度规则得到调度方案的方法及其类似方法。所述煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元统称煤气单元。

2)数据库存储煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据，并由输入数据接口模块将这些数据发送至相应的煤气单元预测模型，以计算未来设定时刻上述各煤气单元的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量，统称预测数据；数据库也存储来自输出数据接口模块的数据或其它模块或单元的相关数据；所述实际生产数据可以由基础控制系统采用最大值最小值限幅、加权取平均的滤波方法处理误差数据，如上所述；

3)所述煤气供需状态的判断机制利用所述预测数据计算所述设定时刻的煤气不平衡量，以此判断所述设定时刻的煤气供需状态，若处于煤气供需不平衡状态，则判断该状态属于何种煤气供需不平衡状态；煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块，也可以一并发送到输出数据接口模块。如果煤气供需状态的判断机制是如步骤1)所述的设定的不同的煤气供需不平衡状态的范围及其相应的计算关系，那么若所述计算关系落入所述煤气供需不平衡状态范围时，则判断设定时刻将出现相应的煤气供需不平衡状态；所述调度方案可以包括对应于不同煤气供需不平衡状态的可调度单元操作建议和可调度单元约束信息；所述可调度单元操作建议可以包括可调度单元的调度顺序、各可调度单元的调整量和/或各可调度单元的调节速率(比如锅炉消耗煤气的增加量或减少量等)，还可以包括可调度单元的组成结构等；所述可调度单元约束信息可以包括缓冲单元最大存储量及最小存储量、可调度单元调度优先级、可调度单元的最大调节速率和最小调节速率、可调度的消耗单元最大消耗煤气量及最小消耗煤气量。

4)专家系统平衡调度模块基于上述煤气供需不平衡状态的判断结果，自动判断、选择适合设定时刻的煤气供需不平衡状态的调度规则，并根据各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据、设定时刻的预测数据，自动形成所述调度方案；

5)各煤气单元设定时刻的预测数据、煤气供需平衡判断模块的判断结果及由专家系统平衡调度模块产生的调度方案发送至数据库和/或人机界面，为调度人员提供调度方案，以维持煤气管网压力相对稳定，减少煤气放散，最大限度提高煤气利用率。上述存入数据库中的数据可以曲线和/或表格等形式直观的显示给调度人员查看。当然也可以只存储不显示，以打印或网络传输方式供用户查阅。

实施例2

实施例2如图1b和图2b所示，是以实施例1为基础进行的完善和改进。下面只对实施例2相对于实施例1有区别的部分进行详述。

实施例2的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，在实施例1的基础上，还包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块接收来自预测模型模块的各煤气单元预测子模块的预测数据，在线监控并实时计算所述设定时刻生产反馈的实际生产数据与相应预测数据的偏差，将所述偏差与预设的阈值进行对比；若所述偏差绝对值大于阈值，则根据实际生产数据重新计算并更新预测模型模块中相应的模型参数。其中，预测模型偏差的阈值可以根据预测模型的精度要求而设定。还以上例说明。假设当前时刻为t0，预测未来时刻t某煤气消耗单元的消耗量为8万立方米，而t时刻实际消耗量为8.3万立方米，设定阈值是5000立方米，则偏差为8.3-8＝0.3万立方米，小于阈值5000立方米，则不需自校正，直接进入后续煤气供需平衡判断模块；反之，若t时刻的实际煤气消耗量是9万立方米，则偏差是9-8＝1万立方米，大于阈值5000立方米，则需要校正，即此时实际的影响消耗量的变量x，z代入预测模型y＝ax²+bz，重新确定其中的参数a、b，从而确定出新的预测模型参数，更新原模型参数，并存储在数据库中。当然可以用其它更复杂的判断方法判断是否需要自校正，比如通过多次计算的方法判断是否需要校正。该模块的引入确保了预测模型的预测精度。

实施例2的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，还可以包括调度方案管理模块，所述调度方案管理模块提供对所述调度方案的管理操作，并可以通过输出数据接口模块将操作结果存储在数据库中和/或显示在人机界面上；所述管理操作包括对调度方案修改，修改后的保存和/或发布等的在线操作，和/或历史调度方案查询的离线或在线操作等，当然还可以包括其它管理操作，比如打印等。所述调度方案管理模块使得调度方案可修改，避免专家系统平衡调度模块产生较大错误或调度方案明显不合理时发生错误调度；将修改后的调度方案存入数据库可以方便查询，并积累更多的行业、领域内的经验，以便以后对专家系统平衡调度模块进行改进。

实施例2的基于专家系统的煤气动态平衡调度方法与上述两个新增模块相应的，相对于实施例1修改了步骤1)，增加了两个步骤：

1)在实施例1的基础上，进一步设定预测模型自校正机制和阈值，所述预测模型自校正机制可以指在线监控并实时计算所述设定时刻的实际生产数据与相应预测数据的偏差，并将所述偏差与所述阈值进行对比的机制；

在实施例1的步骤2)和步骤3)之间增加步骤2a)：预测模型自校正机制根据各煤气单元的预测数据，在线监控并实时计算设定时刻的实际生产数据与相应预测数据的偏差，将所述偏差与所述阈值进行对比；若所述偏差绝对值大于所述阈值，则根据实际生产数据重新计算并更新预测模型中相应的模型参数。具体方式见实施例2的预测模型自校正模块的例子。预测模型自校正是预测模型在线运行过程中的一个补充功能，可以提高预测模型的预测精度。

在实施例1的步骤5)之后增加步骤6)：对所述调度方案进行管理操作，并将操作结果存储在数据库中和/或显示在人机界面上；所述管理操作可以包括对调度方案修改，修改后的保存和/或发布的在线操作，和/或历史调度方案查询的离线或在线操作等，当然还可以包括其它管理操作，比如打印等。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范国当中。

Claims (10)

1.一种基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，包括顺序相连的输入数据接口模块、预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块、输出数据接口模块、人机界面；还包括数据库，与所述输入数据接口模块、输出数据接口模块相连；各模块功能如下：

数据库存储煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据，供输入数据接口模块读取；所述数据库还存储来自输出数据接口模块的数据；所述煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元统称煤气单元；

输入数据接口模块获取数据库中存储的所述实际生产数据和系统运行的辅助数据，并将其输出到预测模型模块、煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块；

预测模型模块包括煤气发生单元、煤气消耗单元和煤气缓冲单元各自的预测子模块，各煤气单元的预测子模块分别包含相应煤气单元的预测模型，各预测子模块基于从输入数据接口模块获取的相应煤气单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据分别计算未来设定时刻的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量，统称预测数据；并将所述预测数据发送到煤气供需平衡判断模块、专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；

煤气供需平衡判断模块包括互相连接的煤气不平衡量计算子模块和煤气供需状态判断子模块，煤气不平衡量计算子模块基于所述各煤气单元预测子模块的预测数据分别计算相应煤气单元当前时刻到未来设定时刻这一段时间内的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量及其分别的累加值，并基于所述累加值和煤气缓冲单元的实际生产数据计算所述设定时刻的煤气不平衡量；煤气供需状态判断子模块以所述累加值计算结果判断所述设定时刻的煤气供需状态，若处于煤气供需不平衡状态，则判断该状态属于何种煤气供需不平衡状态；煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；

专家系统平衡调度模块预设多个结合企业调度经验和领域经验的、对应于不同煤气供需不平衡状态的针对可调度单元的调度规则；根据煤气供需平衡判断模块发出的煤气供需状态的判断结果，自动判断、选择适合设定时刻的煤气供需不平衡状态的调度规则，并根据来自输入数据接口模块的各煤气单元的实际生产数据和系统运行的辅助数据、来自预测模型模块的各煤气单元在设定时刻的预测数据，形成调度方案，并通过输出数据接口模块将其发送至数据库和/或人机界面；所述调度方案是根据相应的调度规则、各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据和设定时刻的预测数据得到的定量的解决方案；所述可调度单元是指允许进行调整的煤气缓冲单元和/或煤气消耗单元；

输出数据接口模块将各煤气单元的预测数据、煤气供需平衡判断模块的判断结果、专家系统平衡调度模块的调度方案发送至数据库和/或人机界面；

人机界面用以显示数据库中存储的数据和信息。

2.根据权利要求1所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，其特征在于，所述煤气供需平衡判断模块预设不同的煤气供需不平衡状态的范围及其相应的计算关系，所述计算关系是关于煤气发生量、煤气存储量和煤气消耗量的不等式和/或等式的运算关系；所述计算关系落入所述煤气供需不平衡状态范围时，则判断设定时刻将出现相应的煤气供需不平衡状态。

3.根据权利要求1或2所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，其特征在于，所述调度方案包括对应于不同煤气供需不平衡状态的可调度单元操作建议和可调度单元约束信息；所述可调度单元操作建议包括可调度单元的调度顺序、各可调度单元的调整量和/或各可调度单元的调节速率；所述可调度单元约束信息包括缓冲单元最大存储量及最小存储量、可调度单元调度优先级、可调度单元的最大调节速率和最小调节速率、可调度的消耗单元的最大消耗煤气量及最小消耗煤气量。

4.根据权利要求1至3之一所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，其特征在于，还包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块接收来自预测模型模块的各煤气单元预测子模块的预测数据，在线监控并实时计算所述设定时刻的生产反馈的实际生产数据与相应预测数据的偏差，将所述偏差与预设的阈值进行对比；若所述偏差绝对值大于阈值，则根据实际生产数据重新计算并更新预测模型模块中相应的模型参数。

5.根据权利要求1至4之一所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，其特征在于，还包括调度方案管理模块，所述调度方案管理模块的输入端和输出端分别与人机界面和输出数据接口模块相连，所述调度方案管理模块提供对所述调度方案的管理操作，并将操作结果通过输出数据接口模块存储在数据库中和/或显示在人机界面上；所述管理操作包括对调度方案修改，修改后的调度方案的保存和/或发布，历史调度方案查询的操作。

6.根据权利要求1至5之一所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度系统，其特征在于，所述实际生产数据由基础控制系统采用最大值最小值限幅、加权取平均的滤波方法处理误差数据。

7.一种基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，包括以下步骤：

1)在计算机中预设煤气发生单元、煤气缓冲单元、煤气消耗单元的预测模型和设定时刻计算机制；设定煤气供需状态的判断机制；所述设定时刻计算机制用以计算未来的设定时刻；所述判断机制用以计算煤气不平衡量，并将该煤气不平衡量对应于不同的煤气供需状态，形成判断结果；在专家系统平衡调度模块中设定多个结合企业调度经验和领域经验的、对应于不同煤气供需不平衡状态的针对可调度单元的调度规则以及调度方案形成机制；所述可调度单元是指允许进行调整的煤气缓冲单元和/或煤气消耗单元；所述调度方案形成机制是基于各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据、设定时刻的预测数据、以及上述煤气供需状态的判断结果，通过调度规则自动形成定量的调度方案的机制；所述煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元统称煤气单元；

2)数据库存储煤气发生单元、煤气消耗单元、煤气缓冲单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据，并由输入数据接口模块将其发送至相应的煤气单元预测模型，以计算未来设定时刻上述各煤气单元的煤气发生量、煤气消耗量、煤气存储量，统称预测数据；

3)所述煤气供需状态的判断机制利用所述预测数据计算所述设定时刻的煤气不平衡量，以此判断所述设定时刻的煤气供需状态，若处于煤气供需不平衡状态，则判断该状态属于何种煤气供需不平衡状态；煤气供需状态的判断结果发送至专家系统平衡调度模块和输出数据接口模块；

4)专家系统平衡调度模块基于所述煤气供需状态的判断结果，自动判断、选择适合设定时刻的煤气供需不平衡状态的调度规则，并根据各煤气单元的实际生产数据、系统运行的辅助数据、设定时刻的预测数据，自动形成调度方案；

5)各煤气单元设定时刻的预测数据、煤气供需平衡判断模块的判断结果及专家系统平衡调度模块产生的调度方案发送至数据库和/或人机界面。

8.根据权利要求7所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，其特征在于，所述煤气供需状态的判断机制是指设定的不同煤气供需不平衡状态的范围及其相应的计算关系；所述计算关系是关于煤气发生量、煤气存储量和煤气消耗量的不等式和/或等式的运算关系；在所述步骤3)中，若所述计算关系落入所述煤气供需不平衡状态范围时，则判断设定时刻将出现相应的煤气供需不平衡状态；所述调度方案包括对应于不同煤气供需不平衡状态的可调度单元操作建议和可调度单元约束信息；所述可调度单元操作建议包括可调度单元的调度顺序、各可调度单元的调整量和/或各可调度单元的调节速率；所述可调度单元约束信息包括缓冲单元最大存储量及最小存储量、可调度单元调度优先级、可调度单元的最大调节速率和最小调节速率、可调度的消耗单元最大消耗煤气量及最小消耗煤气量。

9.根据权利要求7或8所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，其特征在于，所述步骤1)中，还包括设定预测模型自校正机制和阈值，所述预测模型自校正机制是指在线监控并实时计算所述设定时刻的实际生产数据与相应预测数据的偏差，并将所述偏差与所述阈值进行对比的机制；

在所述步骤2)和步骤3)之间还包括步骤2a)，预测模型自校正机制根据各煤气单元的预测数据，在线监控并实时计算设定时刻的实际生产数据与相应预测数据的偏差，将所述偏差与所述阈值进行对比；若所述偏差绝对值大于所述阈值，则根据实际生产数据重新计算并更新预测模型中相应的模型参数。

10.根据权利要求7至9之一所述的基于专家系统的煤气动态平衡调度方法，其特征在于，还包括步骤6)，对所述调度方案进行管理操作，并将操作结果存储在数据库中和/或显示在人机界面上；所述管理操作包括对调度方案修改，修改后的调度方案的保存和/或发布，历史调度方案查询的操作。

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